La désignation sous le terme d'Internet des Objets regroupe un ensemble vaste de systèmes connectés différents.Un nombre significatif de ces objets ne disposent pas d'une alimentation continue et sont alimentés grâce à des batteries. Par ailleurs, il existe de nombreux cas d'utilisation où le rechargement de cette dernière se trouve être difficile voire impossible (e.g. objet enfoui dans le béton pour la surveillance de structures). De ce fait, l'aspect énergétique représente une contrainte primordiale à prendre en compte par les développeurs lors de la conception de l'application embarquée sur l'objet. La problématique de nos travaux consiste à placer l'énergie comme ressource de premier ordre lors du développement en fournissant une aide et une assistance aux développeurs face à la complexité de gestion de cette ressource. Nous proposons comme solution une méthodologie et des outils pour soutenir les activités du développeur embarqué dans un environnement contraint en énergie. En outre, nous affirmons que la capacité de mesurer et de suivre finement la consommation énergétique des objets connectés, puis de la corréler au logiciel sous-jacent permet d'améliorer l'efficacité énergétique globale en mettant en œuvre des bonnes pratiques liées à l'utilisation des différents composants matériels.Pour arriver à cela, nous basons nos travaux sur une méthode de mesure énergétique matérielle capable de fournir des chiffres de consommation précis. Nous construisons ainsi un framework de profilage et de cartographie énergétique d'un logiciel embarqué permettant d'aider le développeur dans la compréhension du comportement énergétique de son application. / The designation under the term Internet of Things brings together a vast array of different connected systems.A significant number of these objects do not have a continuous power supply and are therefore supplied with batteries. In addition, we can list multiple use cases where the recharging of the battery is difficult or impossible (e.g. a buried object for structures monitoring). As a result, the energetic aspect represents a primary constraint to be taken into account by the developers when designing the embedded application on the object. The work issue consists in placing energy as a hard resource during the development phase by providing assistance and help to the developers in the management of this complex resource. We propose as a solution a methodology and tools to support the activities of the embedded developer in a constrained energy environment. We assert that the ability to accurately measure and track the energy consumption of a connected object and then correlate it to the underlying software can improve overall energy efficiency by implementing best practices related to use of the different hardware components. To achieve this goal, we base our work on a hardware energy measurement method able of providing accurate consumption figures. We than build an energy profiling and cartography framework of embedded software to help the developer understand the energy behavior of his application.

Ce travail propose deux flots de conception complémentaires permettant le broadcast d’un bitstream partiel vers un ensemble de Régions Partiellement Reconfigurables (RPRs) identiques. Ces deux flots de conception sont applicables avec les FPGAs – Xilinx. Le premier appelé ADForMe (Automatic DPPR Flow For Multi-RPRs Architecture) permet l’automatisation du flot traditionnel de la RDP de Xilinx grâce à l’automatisation de la phase de floorplanning. Ce floorplanning est assuré par l’algorithme AFLORA (Automatic Floorplanning For Multi-RPRs Architectures) que nous avons conçu qui permet l'allocation identique de ces RPRs en termes de forme géométrique en tenant compte des paramètres technologiques du FPGA et des paramètres architecturaux de la conception dans le but de permettre la relocalisation de bitstream. Le deuxième flot proposé vise à favoriser la technique de relocalisation 1D et 2D afin de permettre le broadcast d’un bitstream partiel (fonctionnalité) vers un ensemble de RPRs pour une configuration du système. Ce flot permet donc l’optimisation de la taille de la mémoire de bitstream. Nous avons également proposé une architecture matérielle adéquate capable d’effectuer ce broadcast. Les résultats expérimentaux ont été effectués sur les FPGAs-Xilinx récents et ont prouvé la rapidité d’exécution de notre algorithme AFLORA ainsi que l’efficacité des résultats obtenus suite à l’application du flot d’automatisation de la relocalisation de bitstream. Ces deux flots permettent d’assurer la flexibilité et la réutilisabilité des composants IPs intégrés dans les architectures à Multi-RPRs afin de réduire la complexité en termes de temps de conception et d’améliorer productivité des concepteurs. / This work proposes two complementary design flows allowing the broadcast of a partial bitstream to a set of identical Partially Reconfigurable Regions (PRRs). These two design flows are applicable with FPGAs - Xilinx. The first one called ADForMe (Automatic DPPR Flow For Multi-RPRs Architecture) allows the automation of the traditional flow of Xilinx RDP through the automation of the floorplanning phase. This floorplanning is carried out by the AFLORA (Automatic Floorplanning For Multi-RPRs Architectures) algorithm which we have designed that allows the same allocation of these RPRs in terms of geometric shape taking into account the technological parameters of the FPGA and the architectural parameters of the design in order to allow the relocation of bitstream. The second proposed flow aims to promote the 1D and 2D relocation technique in order to allow the broadcast of a partial bitstream (functionality) to a set of RPRs for a system configuration. Therefore, this flow allows optimizing the size of the bitstream memory. We have also proposed suitable hardware architecture capable of performing this broadcast. The experimental results have been performed on the recent Xilinx FPGAs and have proved the speed of execution of our AFLORA algorithm as well as the efficiency of the results obtained by the application of the automation of the bitstream relocation technique flow. These two flows allow flexibility and reusability of IP components embedded in Multi-RPRs architectures to reduce complexity in design time and improve design productivity.

La ludification des environnements d’apprentissage humain est une approche de plus en plus utilisée pour répondre au manque de motivation des apprenants. Or, plusieurs résultats de recherche montrent que les apprenants ont des sensibilités différentes face aux mécaniques de jeu qui leur sont proposées. Nos travaux de thèse partent du constat que les systèmes de ludification actuels ne prennent pas en compte la diversité des préférences individuelles. Nous proposons de traiter la problématique de l’adaptation des éléments ludiques aux profils des apprenants suivant leurs caractéristiques en tant que joueurs. Nous nous inspirons d’approches existantes dans le domaine des jeux afin de proposer un modèle générique permettant d’adapter les fonctionnalités ludiques selon les profils de joueur des apprenants. Nos contributions théoriques s’articulent autour de deux grands axes. Premièrement, nous proposons de concevoir les fonctionnalités ludiques comme des épiphytes, des systèmes distincts de l’environnement d’apprentissage qui peuvent être activés indépendamment pour chaque utilisateur. Nous avons construit un framework décrivant ce qu’est une Fonctionnalité Épiphyte Ludique (FEL) adaptative. Il est accompagné d’un guide de conception de fonctionnalités à destination des concepteurs de systèmes ludifiés. Deuxièmement, nous proposons un processus d’adaptation dynamique qui fonctionne suivant deux opérations : la sélection des fonctionnalités d’après le profil de joueur et l’évolution du profil de joueur d’après ses interactions avec les fonctionnalités ludiques. Ces opérations sont basées sur un modèle formalisant les liens entre les fonctionnalités ludiques et les types de joueurs des profils. Nous avons implanté les modèles proposés dans un environnement en ligne d’apprentissage de l’orthographe appelé Projet Voltaire. Selon une approche itérative, nous avons organisé trois expérimentations pour évaluer le système proposé. La première a permis de valider l’implémentation du modèle d’adaptation et du modèle de Fonctionnalité Épiphyte Ludique auprès d’un public de collégiens. Les deux expérimentations suivantes se sont déroulées auprès d’un public adulte avec respectivement 67 et 266 participants. Elles étaient centrées sur l’évaluation du modèle d’adaptation et de son impact sur la motivation des apprenants. Elles ont d’une part montré que le modèle d’adaptation peut s’appuyer sur un jugement d’experts pour faire le lien entre les fonctionnalités et les types de joueurs supportés. D’autre part, les résultats ont validé le fait que proposer aux apprenants des fonctionnalités adaptées à leur profil a un impact positif significatif sur leur motivation et sur leur temps d’utilisation de l’environnement d’apprentissage. / Gamification of learning environments is becoming a widely used approach to address the lack of learner motivation. However, several research results show that learners have different sensitivities to the proposed game mechanics. In our thesis work, we state that the current gamification systems do not take into account the diversity of individual preferences. We propose to address the issue of the adaptation of playful elements to the learners’ profiles according to their characteristics as players. We base our work on existing approaches in the gaming area in order to provide a generic model for the adaptation of gaming features according to the player profile of the learners. Our theoretical contributions are structured around two main axes. Firstly, we propose to design fun features like epiphytes, systems that are distinct from the learning environment and can be activated independently for each user. We built a framework describing what an Epiphytic Gaming Feature (EGF) is. It comes with a gaming features design guide to help the designers of gamification systems. Secondly, we propose a dynamic adaptation process that works in two steps: the selection of gaming features based on the player profile, and the updating of the player profile according to the user’s interactions with the gaming features. These operations are based on a model that formalizes the links between gaming features and player types. We implemented the proposed models in an online learning environment of French spelling called Projet Voltaire. We conducted three experiments to evaluate the proposed system, according to an iterative process. The first experiment was used to validate the implementation of the adaptation model and the Epiphytic Gaming Feature with an audience of middle school students. The following two experiments were conducted with a public of adults, with 67 and 266 participants respectively. They were focused on the evaluation of the adaptation model and its impact on learner motivation. They showed that the adaptation model can be based on expert judgements to make the link between gaming features and player types. Moreover, the results confirmed that providing the learners with gaming features that are adapted to their player profile has a significant positive impact on their motivation and their usage time of the learning environment.

Les Learning Games sont des environnements d’apprentissage, souvent informatisés, qui utilisent des ressorts ludiques pour catalyser l’attention des apprenants et ainsi faciliter leur apprentissage. Ils ont des atouts indéniables mais présentent également certaines limites, comme des situations d’apprentissage trop artificielles. Ces limites peuvent être dépassées par l’intégration d’interactions en Réalité Mixte dans les Learning Games, que nous appelons alors des Mixed Reality Learning Games (MRLG). La Réalité Mixte, qui combine environnements numériques et objets réels, ouvre de nouvelles possibilités d’interactions et d’apprentissage qui gomment les limites précédentes et qu’il faut repérer et explorer. Dans ce contexte, nous nous intéressons au processus de conception des MRLG. Dans un premier temps, nous présentons une étude sur l’utilisation de la Réalité Mixte dans les domaines de l’apprentissage et du jeu, incluant un état de l’art des MRLG. Cette étude montre que, malgré de nombreux atouts, la conception des MRLG reste difficile à maîtriser. En effet, il n’existe ni méthode ni outil adapté à la conception de ce type d’environnements. Dans un second temps, nous analysons et modélisons l’activité de conception des MRLG à travers la littérature et des expériences de conception, dont une menée dans le cadre du projet SEGAREM. Cette démarche révèle des verrous spécifiques tels que l’absence d’aide à la modélisation (ou formalisation), à la créativité et à la vérification de la cohérence des idées. Nous éclairons nos réponses à ces besoins par un recensement des outils utilisés dans les domaines liés aux MRLG : situations d’apprentissage, jeux et environnements de la Réalité Mixte. Ceci nous amène à proposer deux outils conceptuels : un modèle de description de MRLG (f-MRLG) et des aides à la créativité sous la forme de propositions puis de recommandations. Le modèle de description a pour objectif de formaliser l’ensemble des éléments constituant un MRLG, mais aussi d’être un moyen d’identifier les éléments à définir, de structurer et de vérifier les idées. Les listes de propositions et recommandations ont pour but d’aider le concepteur à faire des choix cohérents par rapport à la situation d’apprentissage visée, en particulier en ce qui concerne les types de jeux et les dispositifs de Réalité Mixte. Une première évaluation de ces propositions a conduit à leur amélioration. Ces propositions sont à l’origine de la conception et du développement d’un outil auteur informatisé : MIRLEGADEE (Mixed Reality Learning Game DEsign Environment). MIRLEGADEE est basé sur LEGADEE, un environnement auteur pour la conception de Learning Games. Une expérimentation auprès de 20 enseignants et concepteurs de formation a validé le bienfondé de cet outil qui guide effectivement les concepteurs dans les phases amont du processus de conception de MRLG malgré des limites pour l’accompagnement de tâches complexes. / Game-based learning is one efficient pedagogical concept that uses game principles to incite learners to engage into learning activities. Learning Games (LG) are commonly known as digital environments. They have undeniable assets but also some limits, such as the artificiality of the learning context. In the mean time, new technologies have been increasingly developed, thus providing new perspectives in game-based learning. In particular, Mixed Reality (MR) technologies merge both real and digital worlds. Mixed Reality Learning Games (MRLG) offer real benefits for teaching: they enable active pedagogy trough the physical immersion of learners, “in situ” information while practicing and authentic context. In our work, we focus on the design process of MRLG. The first part of the thesis presents how Mixed Reality is used for educational and gaming purposes. An analysis of existing MRLG shows both their assets and the complexity of their design. MRLG designers have to cope with all the difficulties of learning design, game design and mixed reality design at the same time, and with the integration of all aspects in a coherent way. Besides, there is a lack of specific tool or methodology. In order to understand the specific needs of MRLG designers, we analyze and model the MRLG design activity from MRLG design processes described in papers and existing methodologies for LG and MR. We also illustrate and clarify MRLG design needs with the observation of a MRLG design activity in the SEGAREM project. We highlight some needs for modeling, creativity, and verification of coherence. To meet the identified needs, the third part is dedicated to a state of the art of tools available for learning design, game design and Mixed Reality design. This study leads us to three solutions to assist MRLG design: a model, a set of tools for creativity, and an authoring tool. We first propose a model called f-MRLG to describe fully and clearly a MRLG. f-MRLG is a support to MRLG design as it helps designer to organize their ideas and to identify which elements must be described. It also reinforces mutual comprehension in a team. Our second proposal is a set of tools for creativity: lists of possibilities, examples and suggestions for game types and Mixed Reality systems choices. We conducted a first experiment on the two proposals, which led to their improvement. These two proposals drove to the design and development of an authoring tool, named MIRLEGADEE (MIxed Reality LEarning GAme DEsign Environment), to support the MRLG design. This tool is an extension of LEGADEE, which already supports the design of learning games using a computer. An experiment with 20 teachers and training designers validated that MIRLEGADEE successfully guides the designers in the MRLG design process, in spite of limits for the support of complex tasks.

Dans le domaine des environnements numériques, un enjeu particulier consiste à construire des systèmes permettant aux utilisateurs de partager et de réutiliser leurs expériences. Cette thèse s'intéresse à la problématique générale des recommandations contextuelles pour des applications web dans un contexte particulier : tâche complexes, beaucoup de données, différents types d'utilisateurs (du débutant au professionnel), etc. Nous cherchons à fournir une assistance à l'utilisateur en prenant en compte le contexte et la dynamique des tâches que l'utilisateur effectue. On cherche à fournir des recommandations dynamiques qui sont enrichies au fur et à mesure des expériences. Pour fournir ces recommandations dynamiques, nous nous appuyons sur le Raisonnement à Partir de l'Expérience Tracée (RàPET). Dans le RàPET, les traces d'interaction constituent d'importants conteneurs de connaissances. Ces traces permettent de mieux comprendre le comportement des utilisateurs et leurs activités. Par conséquent, elles représentent également le contexte de l'activité. Les traces peuvent donc venir nourrir un assistant à partir d'expérience en lui fournissant des connaissances appropriées. Dans cette thèse, nous présentons un état de l'art sur les systèmes d'assistances dynamiques et nous rappelons les concepts généraux des systèmes à base de traces. Nous avons proposé une formalisation des traces modélisées et des processus qui permettent de manipuler ces traces. Nous avons notamment défini une méthode pour établir des mesures de similarité afin de comparer des traces modélisées. Nous avons implémenté ces propositions dans un outil appelé TStore. Cet outil permet le stockage, la transformation, la gestion et la réutilisation des traces modélisées. Ensuite, nous avons proposé un mécanisme de rejouage de traces pour permettre aux utilisateurs de revenir à un état précédent de l'application. Enfin, nous avons décrit une approche de recommandations à partir de traces. Le moteur de recommandations est alimenté par les traces d'interactions laissée par les précédents utilisateurs de l'application. Cette approche s'appuie sur les mesures de similarité proposées plus haut. Nous avons validé nos contributions théoriques à l'aide de deux applications web : SAP BusinessObjects Explorer pour l'analyse de données, et Wanaclip pour la génération semi-automatique de clips vidéos. Le mécanisme de rejouage de traces est démontré dans SAP BusinessObjects Explorer. Les recommandations à base de traces sont illustrées dans l'application Wanaclip. Dans la dernière partie du manuscrit, nous mesurons les performances de TStore et la qualité des recommandations et des mesures de similarité qu'il implémente. Nous discutons aussi des résultats du sondage que nous avons appliqué aux utilisateurs de Wanaclip pour mesurer leur satisfaction. Nos évaluations montrent que notre approche offre des recommandations satisfaisantes et un bon temps de réponse. / In the field of digital environments, a particular challenge is to build systems that enable users to share and reuse their experiences. In this thesis, we are interested in the general problem of contextual recommendations for specific web applications in a particular context: complex tasks, huge amount of data, various types of users (from novice to professional), etc. We focus on providing user assistance which takes into account the context and the dynamics of users’ tasks. We seek to provide dynamic recommendations that are enriched by new experiences over time. To provide these dynamic recommendations, we make use of Trace-Based Reasoning (TBR). TBR is a recent artificial intelligence paradigm that draws its inspiration from Case-Based Reasoning. In TBR, interaction traces act as an important knowledge container. They help to understand users’ behaviors and their activities. Therefore, they reflect the context of the activity. Traces can feed an experience-based assistant with the adequate and appropriate knowledge. In this thesis, we introduce a state of the art about dynamic assistance systems and the general concepts of Trace-Based Systems. In order to provide experience-based assistance, we have made several contributions. First, we propose a formal representation of modeled traces and a description of the processes involved in their manipulation. Notably, we define a method for computing similarity measures for comparing modeled traces. These proposals have been implemented in a framework named TStore for the storage, transformation, management, and reuse of modeled traces. Next, we describe a trace replay mechanism enabling users to go back to a particular state of the application. This mechanism supports impact propagation of changes during the replay process. Last, we define a recommendation approach based on interaction traces. The recommendation engine is fed by interaction traces left by previous users of the application and stored in a manager, such as TStore. This approach facilitates knowledge sharing between communities of users and relies, among other things, on the similarity measures mentioned above. We have validated our theoretical contributions on two different web applications: SAP BusinessObjects Explorer for data reporting and Wanaclip for generating video clips. The trace replay mechanism is demonstrated in SAP BusinessObjects. Trace-Based Reasoning recommendations are illustrated with Wanaclip to guide users in both video selection, and the actions to perform in order to make quality video clips. In the last part of this manuscript, we measure the performances of TStore and the quality of recommendations and similarity measures implemented in TStore. We also discuss the results of the survey that the users of Wanaclip answered in order to measure their satisfaction. Our evaluations show that our approach offers satisfactory recommendations and good response time.

Les environnements multi-surfaces (MSE) combinent plusieurs surfaces dans une variété d'arrangements physiques pour former un espace d'information continu. Les grandes surfaces, telles que les tables et les écrans muraux, sont souvent utilisées comme espace partagé pour coordonner les efforts, et les périphériques portables, tels que les tablettes et les smartphones sont considérés comme des espaces personnels prenant en charge les tâches individuelles. Les MSE ont montré des avantages pour soutenir les activités co-implémentées, en particulier celles impliquant une exploration de données riches, telles que des activités collaboratives complexes de résolution de problèmes et de prise de décision. Cependant, la diversité des MSE soulève également des questions et des défis, car différents facteurs de configuration et dispositifs de MSE peuvent être adaptés à différents types d'activités, et le développement d'activités de collaboration dans les MSE reste complexe. Cette dissertation étudie comment les MSE peuvent soutenir la collaboration des utilisateurs en général et l'apprentissage collaboratif en particulier. Elle fournit des informations sur la façon dont la configuration et les facteurs de forme des périphériques des MSE façonnent les comportements collaboratifs des utilisateurs et propose des implications pour la conception d'activités collaboratives dans des MSE. Elle offre également un outil de prototypage rapide, qui peut être facilement utilisé par des non-experts, tels que des enseignants, afin de créer des activités de prise de décision collaboratives dans des MSE. / Multi-surface environments (MSEs) combine several of surfaces in a variety of physical arrangements to form a seamless information space. The large surfaces, such as tabletops and wall-displays are often used as a shared space to coordinate efforts, and handheld devices, such as tablets and smartphones are regarded as personal space supporting individual tasks. MSEs have shown benefits for supporting co-located activities, especially the ones involving rich data exploration, such as complex collaborative problem-solving and decision-making activities. However, the diversity of MSE also raises questions and challenges, as different configuration and devices factors of MSE can be suited for different kinds of activities, and developing collaborative activities in MSE remains complex. This dissertation studies how MSE can support users' collaboration in general, and collaborative learning specifically. It provides insights on how the configuration and form factors of devices in MSE shape users' collaborative behaviors, and offers implications on designing collaborative activities in MSE. It also contributes with a rapid prototyping tool, which can be easily used by non-experts, such as teachers, to create collaborative decision-making activities in MSE.